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Lexikon der Astronomie: M-Theorie

Die M-Theorie bezeichnet die Mutter (engl. mother; alternativ: membrane, mystery, magic) aller Theorien und die elfdimensionale, vereinigte Theorie der fünf Stringtheorien und der Supergravitation. Der Physiker Edward Witten hat diesen Begriff geprägt und konnte zeigen, dass alle bis dato existenten, als verschiedenen angesehenen Stringtheorien Ausfluss ein und derselben, übergeordneten Theorie sind: der M-Theorie.

Dualitäten

Die Verbindung zwischen den sechs einzelnen Theorien bilden mathematische Relationen, die so genannten Dualitäten.

duale Verknüpfung von fünf Stringtheorien und der Supergravitation zur M-Theorie

M-Branen

Die mathematischen Objekte der M-Theorie sind die M-Branen, Strings und p-Branen (mit Dimension p). Gegenstand der M-Theorie bzw. Stringtheorien ist die Definition, Quantisierung und Wechselwirkung solcher Objekte. Dabei wird die Fragestellung verfolgt, wie sie zu interpretieren sind, beispielsweise mit welchen Teilchen oder physikalischen Objekten (z.B. auch Schwarzen Löchern) sie assoziiert sind.

Zutat: nicht Uschi, sondern Susy

Es stellte sich heraus, dass die M-Theorie zur Vermeidung von akausalen Tachyonen (mit imaginärer Masse) notwendigerweise supersymmetrisch sein muss. Diese Eigenschaft erhöht die Anzahl möglicher bosonischer und fermionischer Teilchenkandidaten enorm! Supersymmetrie resultiert in einem riesigen Teilchenzoo.

Durchbruch oder Holzweg?

Die M-Theorie ist noch weit von einer konsistenten Theorie und vollständigen, mathematischen Beschreibung entfernt, die darüber hinaus praktikabel und verständlich ist. Anschaulich gesprochen, sind die Stringtheorien nur wenige Fragmente eines großen Puzzles, das in seiner Gesamtheit die mutmaßliche M-Theorie darstellt. Sowohl Stringtheorien und M-Theorie sind Gegenstand der aktuellen Forschung. Inwieweit diese Theorien tatsächlich die Natur adäquat beschreiben, muss noch gezeigt werden. Eine Hoffnung verbinden die Stringtheoretiker mit der M-Theorie: Ähnlich wie Relativitätstheorie und Quantentheorie die Physikalischen Revolutionen des 20. Jahrhunderts waren, so sollte die M-Theorie diejenige des 21. Jahrhunderts werden.

andere Konzepte

Neben diesem Kandidaten einer übergeordneten Theorie ist die Loop-Quantengravitation (LQG) getreten. Sie versucht mit den Prinzipien und Methoden der Allgemeinen Relativitätstheorie und Quantenmechanik die Konzepte einer robusten Quantengravitation zu definieren. Nimmt man das Unifikationsbestreben von Theorien als Kriterium, so will die LQG weniger (eine 'quantisierte Gravitation'), während die Stringtheorien bzw. die M-Theorie alle fundamentalen Wechselwirkungen in der Natur zu vereinigen sucht.

WANTED: experimenteller Input

Wesentliche Impulse von experimenteller Seite erhoffen sich die Physiker von modernen Teilchenbeschleunigern der nächsten Generation (2008: LHC am CERN) sowie kosmologischen Beobachtungsdaten. Diese Daten legen generell den Theorien Beschränkungen auf, die in eine Bewährung, Modifikation oder Falsifikation einer Theorie münden können.

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  • Die Autoren
- Dr. Andreas Müller, München

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